Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования по направлению 223200 «Техническая физика» (стр. 2 )

4.2.1. Введение. Основные тенденции развития микро - и нанотехнологий в полупроводниковой электронике.

Предмет изучения. Основные понятия и терминология. Роль фундаментальных закономерностей, определяющих физико-химические особенности формирования микро- и наноразмерных структур, в развитии технологии и производстве. Экономические и технологические основы уменьшения размеров элементов электроники.

4.2.2. Эволюция полупроводниковой электроники. Одноэлектронные устройства.

Эволюция полупроводниковой электроники. Планарная технология и групповой метод. Приближения размеров твердотельных структур к нанометровой области и проявления квантовых свойства электрона. Одноэлектронное туннелирование в условиях кулоновской блокады. Реализация одноэлектронного транзистора в полупроводниковой, углеродной, молекулярной электронике.

Физические и схемотехнические ограничения на уменьшение размеров активных элементов и рост степени интеграции.

Технологические, схемотехнические и фундаментальные физические ограничения уменьшения размеров элементов интегральных схем. Фундаментальные физические ограничения на уменьшение размеров: существование минимального рабочего напряжения, статистические неопределенности параметров малых элементов, теплофизические характеристики, эффект туннелирования носителей тока, электромиграция.

Рост числа межсоединений и увеличение времени задержки распространения сигнала между элементами ИС.

4.2.4 Физико-химические основы планарной технологии.

Основные операции планарной технологии. Технологические маршруты производства различных типов интегральных схем. «Критические» операции, определяющие минимальные размеры элементов. Переход с наноразмерным элементам.

4.2.5 Термическое окисление кремния

Роль двуокиси кремния в технологии интегральных схем. Методы контролируемого формирования тонких и сверхтонких слоев SiO2. Сегрегация примесей при термическом окислении. Электрические свойства тонких пленок окисла. Проблемы формирования сверхтонких пленок.

4.2.6 Методы легирования.

Физические основы методов легирования в микро-и наноэлектронике. Ограничения методов термической диффузии. Ионное легирование. Моделирование процессов диффузии и ионного легирования. Образование и отжиг радиационных дефектов.

4.2.7 Авто-и гетероэпитаксия

Механизмы эпитаксиального роста тонких пленок. Автоэпитаксия кремния. Эпитаксия из газовой фазы. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Формирование наноразмерных структур. Гетероэпитаксия. Получения структур «кремний-на-диэлектрике».

Субмикронная литография и сухое травление.

Методы оптической, рентгеновской и электронной литографии. Предельная разрешаюшая способность оптической литографии. Оптические системы и источники излучения\ для фотолитографии. Оптическая литография в дальнем ультрафиолетовом диапазоне. Фотолитография с фазовым сдвигом. Органичения рентгенолитографии. Синхротронное рентгеновское излучение и его применение в рентгеновской литографии высокого разрешения. Ограничения метода электронной литографии. Эффект близости. Ионная литография.

Методы сухого травления. Анизотропия и селективность травления. Механизмы ионно-ускоряемого и ионно-возбуждаемого травления. Низкотемпературная газоразрядная плазма. Плазменное травление, ионное травление, реактивное ионное травление.

4.2.9 Процессы металлизации интегральных схем.

Процессы формирования межсоединений и их вклад в быстродействие интегральных схем. Требования к материалам для межсоединений. Физические и химические методы получения тонких пленок. Удельное сопротивление, контактное сопротивление различных материалов, применяемых в кремниевой технологии. Химическая и физическая адгезия. Эффект электромиграции. Стойкость к электромиграции. Недостатки алюминиевой металлизации. Силициды тугоплавких металлов. Системы металлизации на основе меди. Многоуровневая металлизация.

4.2.10 Методы реализации СБИС на основе МДП-структур.

Структура и параметры МДП-транзистора. Технология производства интегральных схем на МДП-транзисторах. МОП - транзистор с поликремниевым затвором. Принципы самосовмещения. Масштабирование МОП-транзистора. Предельные размеры МОП-транзистора. Структура и технологический маршрут субмикронного транзистора. Эффект короткого канала. КМОП-инвертор. Технологические проблемы создания КМОП-инвертора. Трехмерная интеграция. Структуры со слабо легированнами областями истока-стока. Структуры «кремний-на-диэлектрике» со сверхтонким слоем кремния. Структуры с двойным затвором. МДП-транзистор с вертикальным затвором.

4.2.11 Углеродные наноструктуры в электронике

Основные представления углеродных наноструктурах. Фуллерены, нанотрубки, графен, их физические свойства. Хиральность углеродных нанотрубок. Электронная структура, электронный спектр, проводимость углеродных нанотрубок. Дефекты нанотрубок. Методы получения и разделения полупроводниковых и металлических нанотрубок, структур на их основе. Полевой транзистор и одноэлектронный транзистор на нанотрубках. Запоминающие устройства на массивах нанотрубок. Электро-механические устройства.

4.2.12. Перспективы графеновой электроники

Методы получения графена. Зонная структура графена. Законы дисперсии в однослойных и двухслойных графеновых структурах. Проводимость графена. Транзисторные структуры на основе графена.

5. Лабораторный практикум

Не предусмотрен

6. Практические занятия

Таблица 5.1.3 – Перечень тем практических занятий

№	Примерный перечень тем практических занятий	Раздел дисциплины	Объем, ч
1	2	3	4
1	Получение и параметры одноэлектронного транзистора.	Эволюция полупроводниковой электроники. Одноэлектронные устройства	2
2	Масштабирование транзисторов. Принцип постоянства поля. Теплофизические и статистические ограничения. Туннелирование.	Физические и схемотехнические ограничения на уменьшение размеров активных элементов и рост степени интеграции.	2
3	Расчет процессов роста двуокиси кремния в сухом и влажном кислороде.	Термическое окисление кремния	2
4	Расчет процессов легирования для создания биполярных транзисторов. Расчет параметров ионного легирования для создания МОП-транзистора.	Методы легирования	3
5	Расчет края профиля маски при сухом травлении различными методами.	Субмикронная литография и сухое травление	1
6	Предельные размеры металлических межсоединений для предотвращения эффекта металлизации. Физические методы получения тонких пленок.	Процессы металлизации интегральных схем	2
7	Технологический маршрут и расчет структуры КМОП-инвертора.	Методы реализации СБИС на основе МДП-структур	2
8	Технологический маршрут и расчет структуры логического элемента на n-канальных МОП-транзисторов.	Методы реализации СБИС на основе МДП-структур	2
9	Перспективные конструкции активных элементов на графене.	Перспективы графеновой электроники	2

7. Курсовой проект (курсовая работа)

Примерные темы курсовых работ.

1. Термическое окисление кремния

2. Получение мелких p-n переходов методом ионного легирования

3. Интегральные ионно-легированные резисторы и конденсаторы.

4. Логический элемент И-НЕ на n-канальных МОП-транзисторах.

5. Расчет параметров получения кремниевых КНД структур.

6. Субмикронный КМОП-инвертор

7. Трехмерный КМОП-инвертор.

8. МОП-транзистор с вертикальным затвором.

9. Субмикронный биполярный транзистор с изоляцией окислом.

10. Активные элементы на нанотрубках.

8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

8.1 Рекомендуемая литература

Основная литература:

1.  Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем. Часть 1/ , , — М. БИНОМ, 2009 —-422с.

2.  Е. Наноэлектроника / , , . —М.-БИНОМ, 2009— 223с.

3.  Научные основы нанотехнологий и новые приборы [пер. с англ.]/ ред. Р. Келсалл, И. Хемли, М. Джиогхеган. — М. : Интеллект, 2008. — 800 с.

Дополнительная литература:

1.  Г. Нанотехнологии и молекулярные компьютеры/ Н. Г. Рамбиди. — М. :Физматлит, 2007. — 256 с.

2.  Н. Углеродные нанотрубки. Строение, свойства, применения / . — М. : Бином, 2006. — 293 с.

3.  Пул-мл. Ч. Нанотехнологии [пер. с англ.] / Ч. Пул-мл., Ф. Оуэнс. — М. : Техносфера, 2007. — 375 с.

4.  Денисенко модели МОП-транзисторов для SPICE в микро - и наноэлектронике./ — .: Физматлит, 2010. — 406 с.

4.2 Рабочая учебная программа дисциплины «Физика нанокомпозитных материалов»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы (72 часа).

1. Цели и задачи изучения дисциплины «Физика нанокомпозитных материалов»

Учебная дисциплина «Физика нанокомпозитных материалов» относится к вариативной части общенаучного цикла дисциплин учебного плана и имеет своей целью формирование у студента универсальных, предметно-специализированных и социально-личностных компетенций, способствующих социальной мобильности, конкурентоспособности и устойчивости на отечественном и мировом рынке труда.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Иметь компетенции:

общекультурные и общепрофессиональные:

- готовность и способность учитывать современные тенденции развития микро и нанотехнологии в профессиональной деятельности;

- способность к теоретическим и экспериментальным исследованиям в избранной области технической физики, способность к письменной и устной коммуникации на государственном языке;

- готовность работать с информацией из различных источников, способность использовать современные информационные технологии для поиска и анализа новой информации, способность самостоятельно приобретать, интерпретировать и использовать новые знания, применяя современные информационные технологии для поиска и анализа новой информации;

профессиональные:

- способность применять современные методы исследования физико-технических объектов, процессов и материалов, проводить стандартные и сертификационные испытания технологических процессов и изделий с использованием современных аналитических средств технической физики; готовность изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике профессиональной деятельности;

- способность предлагать новые идеи и пути решения прикладных проблем, а также быстро осваивать и использовать новейшие достижения современной микро и нанотехнологии.

Знать:

- физические основы использования нанокомпозитных материалов; основные тенденции в создании новых нанокомпозитных материалов;

- особенности применения новых нанокомпозитных материалов и технологических процессов в наноэлектронике.

Уметь:

- критически оценивать достоинства, недостатки и области возможного применения новых нанокомпозитных материалов и технологии их получения;

- находить пути оптимального решения конкретных задач в области физической электроники, связанных с использованием нанокомпозитных материалов.

Иметь навыки:

- подготовки рефератов по конкретным направлениям развития нанокомпозитных материалов;

- устных сообщений о результатах проведенного анализа;

- участия в научной дискуссии.

Перечисленные цели и задачи имеют междисциплинарный характер и входят как составная часть в общие цели и задачи основной образовательной программы, обеспечивающей опережающую подготовку магистров с ориентацией на реальные потребности работодателей в квалифицированных и компетентных специалистах, владеющих наукоемкими технологиями мирового уровня.

Сформировать профессионально значимые качества личности:

- готовность к выполнению профессиональных функций в составе коллектива исполнителей;

- способность анализировать технологический процесс;

- способность к использованию результатов новых экспериментальных и теоретических исследований в области нанотехнологии, современных разработок в области технологии нанокомпозитных материалов, к самостоятельному выбору метода и объекта исследования.

2. Место учебной дисциплины в системе дисциплин учебного плана

Данная учебная дисциплина изучается во втором семестре в соответствии с инновационным учебным планом ООП и базируется на знаниях, полученных студентами при изучении курсов: «Прикладная физика», «Электронные приборы», «Физика твердого тела и полупроводников», «Материаловедение и технология конструкционных материалов», «Специальные вопросы микро и нанотехнологии». Знания, навыки и умения в области физики нанокомпозитных материалов дополняются, конкретизируются и закрепляются при изучении других специальных дисциплин, а также в процессе самостоятельной научно-исследовательской работы. Результаты изучения дисциплины необходимы для самостоятельной научно-исследовательской работы, а также для быстрой адаптации в первичной должности выпускника, работающего в области современных наукоемких технологий, и для его дальнейшего профессионального роста.

3 Распределение объема учебной дисциплины по видам учебных занятий и формы контроля

Форма обучения очная

Таблица 4.2.1 – Распределение объема дисциплины «Физика нанокомпозитных материалов» по видам учебных занятий и формы контроля

Виды занятий и формы контроля	Трудоемкость изучения по семестрам
2-й семестр
Лекции, час / нед	2
Практические занятия, час / нед	-
Лабораторные занятия, час / нед	1
Самостоятельные занятия, час / нед	1
Курсовые работы, шт / сем	1
Экзамены, шт / сем	1
Зачеты, шт / сем	1

4. Содержание учебной дисциплины

4.1. Разделы учебной дисциплины по рабочей программе и объемы по видам занятий

Таблица 4.2.2 – Разделы учебной дисциплины и виды занятий

Разделы программы	Объем занятий, часов
№ п. п.	наименование	лекций	практиче-ских занятий	лабора-торных занятий	самостоя-тельной работы
1	2	3	4	5	6
	Введение	1			0
1	Пористые структуры и методы их исследования	4			2
2	Методы создания наноструктур внутри нанопористых матриц	4		2	2
3	Влияние ограниченной геометрии на оптические свойства материалов	4			2
4	Электронный транспорт и сверхпроводимость в нанокомпозитных материалах	4			2
5	Замерзание и плавление в конфайнменте	3			2
6	Структура и фазовые переходы в нанокомпозитных материалах	4			2
7	Применение нанокомпозитных материалов	4			2
8	Перспективы дальнейшего развития наноматериалов	2			1
9	Физические основы сканирующей зондовой микроскопии	2		4	1
10	Сканирующая атомно-силовая микроскопия	2		6	1
11	Сканирующая туннельная микроскопия	2		6	1
	Общая трудоемкость: 72 час./ 3 зач. ед.	36		18	18

4.2. Содержание разделов учебной дисциплины